CN112649953A - 一种显示设备模组及头戴式显示设备 - Google Patents

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CN112649953A CN201910960169.4A CN201910960169A CN112649953A CN 112649953 A CN112649953 A CN 112649953A CN 201910960169 A CN201910960169 A CN 201910960169A CN 112649953 A CN112649953 A CN 112649953A
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Abstract

本申请实施例提供了一种显示设备模组，包括：显示面板、非同轴光学结构、第一光学元件和第二光学元件；非同轴光学结构包括入光面和出光面，非同轴光学结构的入光面朝向显示面板，使得显示面板发出的光线能够经入光面透射、并从出光面透射出来；所述第一光学元件被设置用于将所述出光面透射出的光线反射到所述第二光学元件；其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件设置有夹角；第二光学元件用于将第一光学元件反射的光线反射回第一光学元件，并从第一光学元件透射出去。本申请使得头戴式显示设备中的显示模组在人眼视线方向的厚度变小，实现了对头戴式显示设备的紧凑化设计。

Description

一种显示设备模组及头戴式显示设备
技术领域
本申请涉及光学领域，尤其涉及一种显示设备模组及头戴式显示设备。
背景技术
头戴式显示设备可以利用计算机产生的附加信息对使用者所看到的真实世界景象进行增强或者扩张，极大的改变了人类与计算机或者与外部世界交互的方式，这种设备综合使用了不同研究领域的多种技术，并很快的应用到娱乐、科学研究、模拟训练、远程医疗等领域。
在基于增强现实(augmented reality，AR)以及混合现实(mix reality，MR)技术的头戴式显示设备中，显示面板显示的虚拟图像需要先经由显示设备模组处理，再与现实图像叠加呈现给用户。由于头戴显示设备佩戴在用户头部，为了减轻用户头部压力，需要进一步对头戴式显示设备进行紧凑化设计。
发明内容
本申请实施例提供了一种头戴式显示设备，使得头戴式显示设备中的显示设备模组在人眼视线方向的厚度变小，实现了对头戴式显示设备的紧凑化设计。
第一方面，本申请提供了一种显示设备模组，包括显示面板、非同轴光学***、第一光学元件和第二光学元件；
所述非同轴光学***包括入光面和出光面，所述非同轴光学***的入光面朝向所述显示面板，使得所述显示面板发出的光线能够经所述入光面透射、并从所述出光面透射出来；
所述第一光学元件被设置用于将所述出光面透射出的光线反射到所述第二光学元件；其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件设置有夹角；
所述第二光学元件用于将所述第一光学元件反射的光线反射回所述第一光学元件，并从所述第一光学元件透射出去非同轴光学结构非同轴光学结构非同轴光学结构。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述非同轴光学***还包括：至少一个反射面；
所述至少一个反射面设置在所述入光面和所述出光面之间，使得所述入光面透射的光线能够经所述至少一个反射面反射，从所述出光面透射出来。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述第一光学元件和所述第二光学元件为片状光学结构。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述第一光学元件和所述第二光学元件为板状光学结构或至少一侧弯折的光学结构。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述第一光学元件与所述第二光学元件之间形成的夹角的张口方向朝向所述非同轴光学结构的出光面。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述非同轴光学结构和所述第二光学元件位于所述第一光学元件的同一侧。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，还包括：补偿棱镜；
所述补偿棱镜设置在所述显示面板与所述非同轴光学结构的入光面之间；或，
所述补偿棱镜设置在所述非同轴光学结构的出光面与所述第一光学元件之间。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述补偿棱镜与所述非同轴光学结构的材质不同，所述补偿棱镜与所述非同轴光学结构的色散系数不同。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述补偿棱镜与所述非同轴光学结构的材质不同，所述补偿棱镜与所述非同轴光学结构的折射率不同。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述第一光学元件中朝向所述第二光学元件的一面设置有所述部分反射膜。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述第一光学元件中朝向所述第二光学元件的一面上设置有所述第一偏振分光片，所述第一偏振分光片朝向所述第二光学元件的一面上设置有所述第一相位延迟片。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述显示面板至所述第一光学元件之间还设置有第二相位延迟片。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述第一反射面上还设置有第二相位延迟片。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述第二反射面上还设置有第二相位延迟片。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述出射面上还设置有第二相位延迟片。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述入光面、所述至少一个反射面以及所述出光面的几何形状、相对位置以及材料满足预设关系，用于使所述显示面板发出的同一视场的光线在所述出光面外部相交，形成线状图像。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，基于所述第二反射面的光焦度参数，所述显示面板发出的同一视场的光线在第一方向上汇聚并相交，形成所述线状图像，其中，所述第一方向与佩戴所述头戴显示设备时，两眼之间的方向与视线直视方向所形成的平面垂直。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述第一光学元件在第一方向上不对称。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述第二光学元件在第一方向上不对称。
可选的，在第一方面的第一种可选设计中，所述第二光学元件上的至少一个表面设置有部分反射膜。
第二方面，本申请还提供了一种头戴式显示设备，包括：左眼显示器和右眼显示器；所述左眼显示器和所述右眼显示器包括如上述第一方面任一所述的显示设备模组。
本申请实施例提供了一种头戴式显示设备，包括：显示面板、非同轴光学***、第一光学元件和第二光学元件；所述非同轴光学***包括入光面和出光面，所述非同轴光学***的入光面朝向所述显示面板，使得所述显示面板发出的光线能够经所述入光面透射、并从所述出光面透射出来；所述第一光学元件被设置用于将所述出光面透射出的光线反射到所述第二光学元件；其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件设置有夹角；所述第二光学元件用于将所述第一光学元件反射的光线反射回所述第一光学元件，并从所述第一光学元件透射出去非同轴光学结构非同轴光学结构非同轴光学结构。通过上述方式，相比于其眼前的光学结构采用实体玻璃或者塑料，为了矫正外界景物的成像扭曲必须增加补偿棱镜，本申请实施例中，由于第一光学元件和第二光学元件之间设置有夹角，即，第一光学元件和第二光学元件之间留有一定的间隔，传播到人眼的环境中的自然光线不会出现折射，外界景物的成像不会出现扭曲，不需要增加额外的补偿棱镜，进而使得头戴式显示设备中的显示模组在人眼视线方向的厚度变小，实现了对头戴式显示设备的紧凑化设计。
附图说明
图1为一种用户佩戴的头戴式显示设备的示意图；
图2为一种头戴式显示设备的示意图；
图3a为本申请实施例提供的一种显示设备模组的结构示意图；
图3b为本申请实施例提供的一种显示设备模组的结构示意图；
图3c为本申请实施例提供的一种显示设备模组的结构示意图；
图3d为本申请实施例提供的一种显示设备模组的结构示意图；
图3e为本申请实施例提供的一种显示设备模组的结构示意图；
图3f为本申请实施例提供的一种显示设备模组的结构示意图；
图4a为本申请实施例提供的一种显示设备模组的结构示意图；
图4b为本申请实施例提供的一种显示设备模组的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种显示设备模组的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请的实施例进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员可知，随着技术的发展和新场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。在本申请中出现的对步骤进行的命名或者编号，并不意味着必须按照命名或者编号所指示的时间或逻辑先后顺序执行方法流程中的步骤，已经命名或者编号的流程步骤可以根据要实现的技术目的变更执行次序，只要能达到相同或者相类似的技术效果即可。
图1示出了一种用户102佩戴的头戴式显示设备100的示意图。头戴式显示设备100可被用于显示增强现实图像以及现实世界背景场景中的物理对象。头戴式显示设备100可包括用于将设备定位在相对于用户102的眼睛的目标查看位置处的框架104。
图2示出图1的头戴式显示设备100的示意图，如图2中示出的那样，透视头戴式显示设备100包括右眼显示器200a和左眼显示器200b。每个透视显示器(右眼显示器200a或左眼显示器200b)可用于既向用户显示虚拟图像又允许用户查看现实世界环境。例如，每个透视显示器可包括用于透过光学结构发出显示光到达用户的眼睛的显示设备，该显示设备还可以可允许来自现实世界环境的光到达用户的眼睛。此外，图2示意性地示出可被用来向用户输出声学信息的话筒202。这样的声学信息可以采取任何合适的形式，包括但不限于计算机生成的适当语言(如用户选择的)的语音输出、并非专用于任何语言的音调或其他声音、和/或任何其他合适的声音。在一些实施例中，其他类型的输出可由头戴式显示设备100提供，如触觉/触摸输出。
左眼显示器200b和右眼显示器200a可经由一个或多个框架104的紧固机构被定位在相对于眼睛的查看位置处。例如，如图2所示，框架104可经由耳承206由用户的耳朵并经由鼻梁208由用户的鼻子支撑，以降低框架104的滑动。将理解，图2所示的支撑(如耳承206、鼻承、以及鼻梁208)在本质上是示例性的，且头戴式透视显示设备的透视显示器可经由任何合适的机构被定位在查看位置处。例如，可以利用附加支撑，和/或图2所示的支撑中的一者或多者可被移除、替换、和/或扩充以将透视显示器定位在查看位置处。此外，透视显示器可通过除与物理上接触用户的支撑以外的机构来被定位在查看位置处，本申请并不限定。
现在转向图3a，图3a为本申请实施例提供的一种显示设备模组的结构示意图，具体的，图3a示出的显示设备模组可以为图2中左眼显示器200b和右眼显示器200a的组成部分，如图3a中示出的那样，以非同轴光学结构为自由曲面棱镜为例，本申请提供的显示设备模组可以包括：
显示面板301、非同轴光学结构302、第一光学元件303和第二光学元件304。
本申请以非同轴光学结构302包括第一反射面3025和第二反射面3021为例进行说明。需要说明的是，反射面3021的数量可以大于2个、等于2个或者小于2个，本申请并不限定，本实施例中仅以反射面3021的数量为2进行说明。
所述非同轴光学结构302包括入光面3022、第一反射面3025、第二反射面3021和出光面3024。
所述非同轴光学结构302包括入光面3022、第一反射面3025、第二反射面3021和出光面3024，所述非同轴光学结构302的入光面3022朝向所述显示面板301，使得所述显示面板301发出的光线能够经所述入光面3022透射、并经所述第一反射面3025以及所述第二反射面3021之间的反射，从所述出光面3024透射出来。
本申请实施例中，显示面板301可包括用于产生图像以供显示的任何合适的组件，包括但不限于微显示器和一个或多个光源。
可选的，在一些实施例中，显示面板301可包括反射微显示器，如硅上液晶(liquidcrystal on silicon，LCoS)显示器。在其他实施例中，显示面板301可包括发射微显示器，如有机发光二极管(organic light-emitting diode，OLED)阵列显示器类型、无机发光二极管(inorganic light-emitting diode，iLED)阵列显示器类型、和/或任何其他合适的微显示器。显示面板301可包括一个或多个光源，如RGBLED阵列、一个或多个白LED(例如，具有滤色器装置)、和/或任何合适的照明光源结构。
本申请实施例中，显示面板301可以显示图像，进而，可以作为光源，来发出光线。
可选的，本申请实施例中，如图3b中示出的那样，显示面板301与非同轴光学结构302的入光面3022之间的距离L8可以在0.1mm至1mm的范围内。
本申请实施例中，非同轴光学结构302可包括至少三个表面，每一表面可以但不限于是非平面且非球面的。例如，非同轴光学结构302可包括第一反射面3025、第二反射面3021、入光面3022和出光面3024。其中，出光面3024为非同轴光学结构302的下端面，出光面3024可以为非旋转对称透射面，出光面3024的边缘从空气弯向非同轴光学结构，这样可以减小主光线入射角度，有利于像差矫正。入光面3022为非同轴光学结构302的上端面，入光面3022可以为非旋转对称性透射面，入光面3022的边缘可以在水平方向弯向非同轴光学结构302，提供水平方向成像的光焦度。
需要说明的是，上述水平方向指的是，用户在佩戴头戴显示设备时的水平方向。
本申请实施例中，第二反射面3021可以为非同轴光学结构302的一个端面，在用户佩戴时背对人眼，为非同轴光学结构302的外侧面，第二反射面3021可以为非旋转对称性反射面，本申请实施例中，来自显示面板301的光线沿显示光路行进，经过入光面3022透射后进入非同轴光学结构，经过第一反射面3025和第二反射面3021之间的反射，并最终通过第二反射面3021的反射，从出光面3024透射出来。
需要说明的是，本申请实施例中，非同轴光学结构302的第一反射面3025和第二反射面3021可以镀有反射膜，此时，非同轴光学结构302的第一反射面3025和第二反射面3021可以将入射的光线全部反射。
需要说明的是，本申请实施中，非同轴光学结构可以包括多个反射面，显示面板301发出的光线通过非同轴光学结构302的入射面3022的透射后，进入非同轴光学结构302内部，并经过多个反射面的折转后，从出光面3024透射出非同轴光学结构302，本申请并不限定反射面的数量。本申请实施例中，可选地，第二反射面3021的边缘可以在铅锤方向弯向非同轴光学结构302，进而提供铅锤方向二次成像的正光焦度。
需要说明的是，上述铅锤方向指的是，用户在佩戴头戴显示设备时的铅锤方向。
可选的，本申请实施例中，如图3b中示出的那样，非同轴光学结构302在人眼直视视线方向的宽度L7可以在3mm至15mm的范围内。
本申请实施例中，用户在佩戴头戴式显示设备时，来自显示面板301的光线可以沿显示光路行进，依次经过非同轴光学结构302、第一光学元件303、第二光学元件304和第一光学元件303，进而到达人眼。
具体的，所述第一光学元件303，可以用于反射光线至所述第二光学元件304，所述第二光学元件304，用于反射所述第一光学元件303反射的光线至所述第一光学元件303，所述第一光学元件303用于透射所述第二光学元件304反射的光线。
本申请实施例中，第一光学元件303可以包括第一表面和第二表面，其中第一表面为朝向第二光学元件304的表面，第二表面为背向第二光学元件304的表面，第二光学元件304可以包括第三表面和第四表面，其中第三表面为朝向第一光学元件303的表面，第四表面为背向第一光学元件303的表面。
所述第一光学元件303的第一表面，可以用于反射光线至所述第二光学元件304的第三表面，所述第二光学元件304的第三表面，用于反射所述第一光学元件303反射的光线至所述第一光学元件303的第三表面，所述第一光学元件303的第三表面还用于透射所述第二光学元件304反射的光线，并经过所述第一光学元件303的第四表面透射出去。
本申请实施例中，用户在佩戴头戴式显示设备时，所述第二光学元件304，还可以用于透射环境中的自然光线，使所述自然光线射向所述人眼。
具体的，所述第二光学元件304的第四表面，可以用于透射环境中的自然光线。
本申请实施例中，所述第一光学元件303与所述第二光学元件304之间可以设置有夹角，即，第一光学元件303与所述第二光学元件304之间可以留有间隔。
可选地，本申请实施例中，第一光学元件303与所述第二光学元件304可以是至少一侧弯折的光学结构，如图3e中示出的那样，第一光学元件303的一侧弯折，且弯折方向朝向第二光学元件304，第二光学元件304上相对的两侧弯折，且弯折方向朝向第一光学元件303。需要说明的时，第一光学元件303和第二光学元件304上的弯折区域可以在第一光学元件303和第二光学元件304上任意的一侧或多侧，本申请并不限定。
本申请实施例中，相比于其眼前的光学结构采用实体玻璃或者塑料，为了矫正外界景物的成像扭曲必须增加补偿棱镜，本申请实施例中，由于第一光学元件303和第二光学元件304之间留有一定的间隔，传播到人眼的环境中的自然光线不会出现折射，外界景物的成像不会出现扭曲，不需要增加额外的补偿棱镜，进而使得头戴式显示设备中的显示设备模组在人眼视线方向的厚度变小，实现了对头戴式显示设备的紧凑化设计。具体的，本申请实施例中，在相同设计参数的条件下(例如都在40度视场角的条件下)，本申请中提供的头戴式显示设备的显示设备模组的厚度可以比现有技术中头戴式显示设备的显示设备模组的厚度小至少5mm，本实施例中，显示设备模组的厚度可以理解为，用户佩戴头戴式显示设备时，显示设备模组靠近人眼的一侧与远离人眼的一侧的最远距离。
本申请实施例中，如图3a中示出的那样，第一光学元件303和第二光学元件304之间可以具有夹角，具体的，用户在佩戴头戴式显示设备时，第一光学元件303在空间中的设置位置可以接近于竖直，第一光学元件303和第二光学元件304之间具有夹角，其中，在竖直靠下的位置上，第二光学元件304的一侧与第一光学元件303的一侧之间的距离L2小于竖直靠上位置上，第二光学元件304的一侧与第一光学元件303的一侧之间的距离L1。
需要说明的是，上述竖直方向可以指用户在佩戴头戴式显示设备时的竖直方向。
可选的，如图3a中示出的那样，本申请实施例中，第一光学元件303和第二光学元件304之间可以具有的夹角的张口方向可以朝向非同轴光学结构302的出光面3033。
在一种实施例中，第一光学元件的顶部和第二光学元件的顶部可以延长并包裹住显示面板及非同轴光学结构，此时，用户在佩戴头戴式显示设备时，在竖直靠下的位置上，第二光学元件304与第一光学元件303之间的距离可能大于竖直靠上位置上第二光学元件304与第一光学元件303之间的距离。本实施例中，第一光学元件303上，可以包括用于反射非同轴光学结构302的反射面反射的光线至所述第二光学元件304的第一区域，以及可以透射第二光学元件304反射的光线的第二区域，相应的，第二光学元件304上，可以包括用于反射第一光学元件303上反射的光线至所述第一光学元件303上的第三区域。此时，用户在佩戴头戴式显示设备时，在竖直靠下的位置上，第二光学元件304的第三区域与第二区域之间的距离L2小于竖直靠上位置上的第三区域与第一区域之间的距离L1。
在一种实施例中，如图3a中示出的那样，所述非同轴光学结构302位于所述第一光学元件303与所述第二光学元件304之间形成的开口方向上，所述非同轴光学结构302可以和所述第二光学元件304位于所述第一光学元件301的同一侧。需要说明的是，非同轴光学***的出光面和第二光学元件位于第一光学元件的同一侧。
需要说明的是，在本实施例中，所述第一光学元件和第二光学元件可以为非平板的片状光学结构，第一光学元件303以及第二光学元件304的表面方程可以但不限于用如下方程来表示：
Figure BDA0002228650640000071
其中，c为表面半径，k为表面二次曲面系数，Ai为各项多项式系数，N可以取正整数，Ei为各项附加多项式，具体形式可以为：E1＝x，E2＝y，E3＝x2，E4＝xy，E5＝y2，E6＝x3，E7＝x2y，E8＝xy2，E9＝y3…，其中x,y为表面局部坐标，r＝x2+y2。
需要说明的是，以上表面方程仅为一种示意，本申请并不限定。
可选的，本申请实施例中，如图3b中示出的那样，第一光学元件303的厚度L5可以在0.1mm至3mm的范围内，第二光学元件304的厚度L3可以在0.1mm至3mm的范围内。
可选的，本申请实施例中，如图3b中示出的那样，用户在佩戴头戴式显示设备时，人眼至佩戴头戴式显示设备镜片的距离L6可以在8mm至30mm的范围内。需要说明的是，本申请中的佩戴头戴式显示设备镜片的厚度可以随着模组的设计参数的不同而发生相应的改变，例如随着视场角参数的不同，佩戴头戴式显示设备镜片的厚度可以至少在3至15mm之间变化。可选地，本申请实施例中，可以通过固定元件的设置来将显示设备模组包括的各个元件固定在对应的位置。
例如，本申请实施例中，显示面板301中背向发光面的一侧可以为承靠面，显示面板301可以通过上述承靠面与头戴式显示设备的外壳固定连接。
可选地，本申请实施例中，所述非同轴光学结构302可以通过机械连接的方式与所述显示面板固定。
可选地，本申请实施例中，所述第一光学元件303可以通过V形槽定位的方式与非同轴光学结构302连接，第一光学元件303也可以通过在通光区域之外延伸出承靠面，进而通过承靠面的方式与非同轴光学结构302固定连接。
可选地，本申请实施例中，所述第二光学元件304可以通过V形槽定位的方式与非同轴光学结构302连接，第二光学元件304也可以通过在通光区域之外延伸出承靠面，进而通过承靠面的方式与非同轴光学结构302固定连接。
需要说明的是，上述光学元件的固定方式仅为一种示例，并不构成对本申请的限定。
如图3f中示出那样，非同轴光学结构还可以是由两个透镜(透镜1和透镜2)以及反射面构成的，其中，透镜1包括入光面3022，透镜2包括出光面3024。
需要说明的是，以上非同轴光学结构仅为一种示意，本申请并不限定非同轴光学结构的具体结构。
本申请实施例提供了一种头戴式显示设备，包括：显示面板、非同轴光学结构、第一光学元件和第二光学元件；所述非同轴光学结构包括入光面、和出光面，所述非同轴光学结构的入光面朝向所述显示面板，使得所述显示面板发出的光线能够经所述入光面透射、并从所述出光面透射出来；所述第一光学元件被设置为反射从所述出光面透射出的光线；所述第一光学元件和所述第二光学元件设置有夹角；所述第二光学元件用于将所述第一光学元件反射的光线反射回所述第一光学元件，并从所述第一光学元件透射出去。通过上述方式，相比于其眼前的光学结构采用实体玻璃或者塑料，为了矫正外界景物的成像扭曲必须增加补偿棱镜，本申请实施例中，由于第一光学元件和第二光学元件之间设置有夹角，即，第一光学元件和第二光学元件之间留有一定的间隔，传播到人眼的环境中的自然光线不会出现折射，外界景物的成像不会出现扭曲，不需要增加额外的补偿棱镜，进而使得头戴式显示设备中的显示模组在人眼视线方向的厚度变小，实现了对头戴式显示设备的紧凑化设计。
可选的，参照图3c，本申请实施例中，所述显示面板301发出的同一视场的光线可以在第一方向上汇聚，并在所述第二反射面3021至所述第一光学元件303之间的光路上形成线状图像305，其中，所述第一方向与佩戴所述头戴显示设备时，两眼之间的方向与视线直视方向所形成的平面垂直。
需要说明的是，本申请中的同一视场的光线可以理解为显示面板301上同一发光点发出的光线。
进一步的，可以在所述出光面3024至所述第一光学元件303之间的光路上形成线状图像。
本申请实施例中的第一方向可以指的是，用户在佩戴头戴显示设备时，竖直向下(或称为铅锤方向)的方向(可以参照图3e中示出的第一方向)，所述第二反射面3021反射的光线在铅锤面上汇聚且水平方向不汇聚，并在所述第二反射面3021至所述第一光学元件303之间的光路上形成多条线状图像每条线状图像为同一个视场角对应的光线汇聚形成的。
本申请实施例中，可以通过改变可以通过改变至少一个反射面、入光面和出光面(例如第一反射面3025、第二反射面3021、入射面3022、出射面3024四个面)的几何形状，相对位置及所用材料，使得非同轴光学结构302对于显示面板301入射的光线，在第一方向和第二方向(可以参照图3e中示出的第二方向)上产生不同的光焦度，令来自显示面板301上任一点的光线通过非同轴光学结构302后，在第一方向相交，且在第一光学元件303至反射面3021中任意位置，第二方向不相交。
需要说明的是，本申请实施例中的第一方向和第二方向为相互垂直的方向，其中，第一方向为用户在佩戴头戴显示设备时，竖直向下(或称为铅锤方向)的方向，第二方向为用户在佩戴头戴显示设备时，两个镜片之间连线所在的方向。
本申请实施例中，所述第一光学元件303可以在铅锤方向上不对称，所述第二光学元件304可以在铅锤方向上不对称，所述第二光学元件可以在水平方向上对称。由于反射面3021反射的光线在第一方向上汇聚，因此，第二反射面3021反射的光线中最下端的光线会存在一个面向第二光学元件的“凹陷”，如图3d中示出的那样，在不遮挡反射面3021反射的光线的基础上，第二光学元件304的上边沿可以更加靠近第一光学元件303，使得第一光学元件303和第二光学元件304之间的间隔变小，进而使得头戴式显示设备中的显示设备模组在人眼视线方向的厚度变小，实现了对头戴式显示设备的紧凑化设计。
可选的，本申请实施例中，显示设备模组还可以包括：补偿棱镜401，其中，所述补偿棱镜401设置在光线由所述显示面板301至所述第一光学元件303之间的光路上，所述补偿棱镜401与所述非同轴光学结构302的材质不同。
参照图4a，图4a为本申请实施例中提供的一种显示设备模组的结构示意图，如图4a示出的那样，可以通过在非同轴光学结构302的出射面3024上设置与非同轴光学结构302不同材质的补偿棱镜401来校正色差，其中，补偿棱镜401的折射率与所述非同轴光学结构302的折射率不同。例如，非同轴光学结构302可以选择低折射率的材料，相应的，补偿棱镜401可以选择高折射率的材料；或者非同轴光学结构302可以选择高折射率的材料，相应的，补偿棱镜401可以选择低折射率的材料。
可选的，补偿棱镜401的色散系数与所述非同轴光学结构302的色散系数不同。例如，非同轴光学结构302可以选择低色散系数的材料，相应的，补偿棱镜401可以选择高色散系数的材料；或者非同轴光学结构302可以选择高色散系数的材料，相应的，补偿棱镜401可以选择低色散系数的材料。
可选的，在另一种实施例中，参照图4b，图4b为本申请实施例中提供的一种头戴式显示设备的结构示意图，如图4b示出的那样，可以在非同轴光学结构302的入光面3022上设置与非同轴光学结构302不同材质的补偿棱镜401来校正色差，其中，补偿棱镜401的折射率与所述非同轴光学结构302的折射率不同。例如，非同轴光学结构302可以选择低折射率的材料，相应的，补偿棱镜401可以选择高折射率的材料；或者非同轴光学结构302可以选择高折射率的材料，相应的，补偿棱镜401可以选择低折射率的材料。
可选的，补偿棱镜401的色散系数与所述非同轴光学结构302的色散系数不同。例如，非同轴光学结构302可以选择低色散系数的材料，相应的，补偿棱镜401可以选择高色散系数的材料；或者非同轴光学结构302可以选择高色散系数的材料，相应的，补偿棱镜401可以选择低色散系数的材料。
可选地，本申请实施例中，补偿棱镜401可以贴合在显示面板301的发光面上，或贴合在非同轴光学***302的入光面上，或贴合在非同轴光学***302的一个反射面3021上，或贴合在非同轴光学***302的出光面上。
可选地，本申请实施例中，补偿棱镜401可以通过承靠面的方式固定在头戴式显示设备的外壳上，或通过机械连接的方式与所述显示面板固定，或通过V形槽定位的方式与非同轴光学***连接。
需要说明的是，以上关于补偿棱镜401的固定方式仅为一种示意，本申请并不限定。
参照图5，图5为本申请实施例中提供的一种显示设备模组的结构示意图，如图5示出的那样，显示设备模组还包括：第一偏振分光片501、第一相位延迟片502和第二相位延迟片503。
所述第一光学元件303中朝向所述第二光学元件304的一面上设置有所述第一偏振分光片501，所述第一偏振分光片501朝向所述第二光学元件304的一面上设置有所述第一相位延迟片502，光线由所述显示面板301至所述第一光学元件303的光路中设置有所述第二相位延迟片503。
本申请实施例中，第一相位延迟片502和第二相位延迟片503可以为四分之一波片。
可选的，本申请实施例中，第二相位延迟片503可以设置在所述显示面板301与所述非同轴光学结构302的入光面3022之间。
可选的，在一种实施例中，显示面板301的发光表面可以贴合有第二相位延迟片503(四分之一波片)。本实施例中，显示面板301发出的光线经过第二相位延迟片503(四分之一波片502)，成为某种圆偏振光，例如左旋圆偏振光，所述第一光学元件303中朝向所述第二光学元件304的一面上设置有所述第一偏振分光片501，所述第一偏振分光片501朝向所述第二光学元件304的一面上设置有所述第一相位延迟片502，其中第一偏振分光片501可以反射一个偏振态的光线同时透射另一个偏振态的光线，例如反射S偏振光同时透射P偏振光(或者相反)，本申请以第一偏振分光片501可以反射S偏振光同时透射P偏振光为例进行说明。
光线在第一次经过第一相位延迟片502(四分之一波片)时成为某种线偏振光，例如S偏振光，光线到达第一偏振分光片501时发生反射，再次经过第一相位延迟片502(四分之一波片)，成为圆偏振光，例如左旋偏振光，光线到达第二光学元件304，经过第二光学元件304反射，圆偏振态发生改变，例如变为右旋偏振光，再次经过第一相位延迟片502(四分之一波片)，成为线偏振光，例如P偏振光，再次经过第一偏振分光片501,此时的光线与第一次入射(反射非同轴光学结构302的第二反射面3021反射的光线)时的偏振态不同，经过第一偏振分光片501时发生透射。
很明显，上述实施例只是偏振分光片及四分之一波片的一种组合形式，其它形式也应在本专利保护范围之内，例如将偏振分光片及四分之一波片放置于光路的其它位置，或在非同轴光学结构前方或者后方加入不同材质的棱镜时将偏振分光片及四分之一波片分开放置于光路的不同位置，本申请并不限定。例如，可以在所述显示面板至所述第一光学元件之间还设置有第二相位延迟片，或者在所述第一反射面上还设置有第二相位延迟片，或者在所述第二反射面上还设置有第二相位延迟片，或者在所述出射面上还设置有第二相位延迟片。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者其他网络设备等)执行本申请图2实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种显示设备模组，其特征在于，包括显示面板、非同轴光学***、第一光学元件和第二光学元件；
所述非同轴光学***包括入光面和出光面，所述非同轴光学***的入光面朝向所述显示面板，使得所述显示面板发出的光线能够经所述入光面透射、并从所述出光面透射出来；
所述第一光学元件被设置用于将所述出光面透射出的光线反射到所述第二光学元件；其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件设置有夹角；
所述第二光学元件用于将所述第一光学元件反射的光线反射回所述第一光学元件，并从所述第一光学元件透射出去。
2.根据权利要求1所述的显示设备模组，其特征在于，所述非同轴光学***还包括：至少一个反射面；
所述至少一个反射面设置在所述入光面和所述出光面之间，使得所述入光面透射的光线能够经所述至少一个反射面反射，从所述出光面透射出来。
3.根据权利要求1或2所述的显示设备模组，其特征在于，所述第一光学元件和所述第二光学元件为片状光学结构。
4.根据权利要求1至3任一所述的显示设备模组，其特征在于，所述第一光学元件和所述第二光学元件为板状光学结构或至少一侧弯折的光学结构。
5.根据权利要求1至4任一所述的显示设备模组，其特征在于，所述第一光学元件与所述第二光学元件之间形成的夹角的张口方向朝向所述非同轴光学结构的出光面。
6.根据权利要求1至5任一所述的显示设备模组，其特征在于，所述非同轴光学结构和所述第二光学元件位于所述第一光学元件的同一侧。
7.根据权利要求1至6任一所述的显示设备模组，其特征在于，还包括：补偿棱镜；
所述补偿棱镜设置在所述显示面板与所述非同轴光学结构的入光面之间；或，
所述补偿棱镜设置在所述非同轴光学结构的出光面与所述第一光学元件之间。
8.根据权利要求7所述的显示设备模组，其特征在于，所述补偿棱镜与所述非同轴光学结构的材质不同，所述补偿棱镜与所述非同轴光学结构的色散系数不同。
9.根据权利要求7所述的显示设备模组，其特征在于，所述补偿棱镜与所述非同轴光学结构的材质不同，所述补偿棱镜与所述非同轴光学结构的折射率不同。
10.根据权利要求1至9任一所述的显示设备模组，其特征在于，所述第一光学元件中朝向所述第二光学元件的一面设置有部分反射膜。
11.根据权利要求1至10任一所述的显示设备模组，其特征在于，所述第一光学元件中朝向所述第二光学元件的一面上设置有所述第一偏振分光片，所述第一偏振分光片朝向所述第二光学元件的一面上设置有所述第一相位延迟片。
12.根据权利要求11所述的显示设备模组，其特征在于，所述显示面板至所述第一光学元件之间还设置有第二相位延迟片。
13.根据权利要求1至12任一所述的显示设备模组，其特征在于，所述入光面、所述至少一个反射面以及所述出光面的几何形状、相对位置以及材料满足预设关系，用于使所述显示面板发出的同一视场的光线在所述出光面外部相交，形成线状图像。
14.根据权利要求1至13任一所述的显示设备模组，其特征在于，所述第二光学元件上的至少一个表面设置有部分反射膜。
15.一种头戴式显示设备，其特征在于，包括：左眼显示器和右眼显示器；
所述左眼显示器和所述右眼显示器包括如权利要求1至14任一所述的显示设备模组。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6310736B1 (en) * 1998-08-21 2001-10-30 Olympus Optical Co., Ltd. Image-forming optical system and viewing optical system
CN107300777A (zh) * 2017-08-18 2017-10-27 深圳惠牛科技有限公司 一种基于双自由曲面反射的成像***
CN107589546A (zh) * 2017-10-23 2018-01-16 北京小米移动软件有限公司 光学***及增强现实眼镜

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6310736B1 (en) * 1998-08-21 2001-10-30 Olympus Optical Co., Ltd. Image-forming optical system and viewing optical system
CN107300777A (zh) * 2017-08-18 2017-10-27 深圳惠牛科技有限公司 一种基于双自由曲面反射的成像***
CN107589546A (zh) * 2017-10-23 2018-01-16 北京小米移动软件有限公司 光学***及增强现实眼镜

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